(57)【要約】【課題】  電気絶縁性を有し、熱伝導率の高いヒートシンクを安価に提供する。【解決手段】  本発明のヒートシンクは、電子部品の放熱のために装着するヒートシンクであって、単結晶ＳｉＣからなる基板を有し、基板の表層部と基板の表層部以外の部分とが、または基板上に形成された薄膜と基板とが、または基板上に形成された薄膜同士が接合による電位障壁を構成することを特徴とする。かかるヒートシンクにあっては、基板上に形成された薄膜および／または基板が電極を有する態様、また接合による電位障壁を２以上有する態様が好ましい。【選択図】        図１
2005129710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の放熱のために装着するヒートシンクであって、
単結晶ＳｉＣからなる基板を有し、
基板の表層部と基板の表層部以外の部分とが、または基板上に形成された薄膜と基板とが、または基板上に形成された薄膜同士が接合による電位障壁を構成するヒートシンク。
【請求項２】
基板上に形成された薄膜および／または基板が、電極を有する請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記接合による電位障壁を２以上有する請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
基板上に形成された薄膜が、金属膜である請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項５】
基板上に形成された薄膜が、電気絶縁膜である請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項６】
基板が第一導電型であり、基板上に形成された薄膜が第二導電型エピタキシャル成長膜である請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項７】
第二導電型エピタキシャル成長膜は、表層部に不純物の高濃度領域を有する請求項６に記載のヒートシンク。
【請求項８】
基板が第一導電型であり、
前記基板上に形成された薄膜が、第一導電型エピタキシャル成長膜と第二導電型エピタキシャル成長膜との少なくとも１の接合、および／または、第一導電型エピタキシャル成長膜もしくは第二導電型エピタキシャル成長膜と、金属膜との少なくとも１の接合を有する請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項９】
基板が第一導電型であり、
前記基板上に形成された薄膜が、第一導電型エピタキシャル成長膜と、該第一導電型エピタキシャル成長膜上に形成された金属膜とを有する請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項１０】
絶縁破壊強さが、２×１０Ｖ以上である請求項１〜９のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項１１】
単結晶ＳｉＣからなる基板を有し、基板の表層部と基板の表層部以外の部分とが接合による電位障壁を構成するヒートシンクの製造方法であって、
前記基板の表層部は、基板への不純物の注入または拡散により形成されることを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項１２】
単結晶ＳｉＣからなる第１導電型の基板を有し、基板上に形成された薄膜と基板とが接合による電位障壁を構成し、前記薄膜が第二導電型エピタキシャル成長膜であり、該エピタキシャル成長膜は、表層部に不純物の高濃度領域を有するヒートシンクの製造方法であって、
前記不純物の高濃度領域は、エピタキシャル成長時における不純物の添加、またはエピタキシャル成長後の薄膜への不純物の注入もしくは拡散により形成されるヒートシンクの製造方法。
【請求項１３】
単結晶ＳｉＣからなる基板を有し、
基板の表層部と基板の表層部以外の部分とが、または基板上に形成された薄膜と基板とが、または基板上に形成された薄膜同士が接合による電位障壁を構成するヒートシンクを備えるレーザであって、
ジャンクションダウン方式の接合を形成してなるレーザである半導体装置。
【請求項１４】
単結晶ＳｉＣからなる基板を有し、
基板の表層部と基板の表層部以外の部分とが、または基板上に形成された薄膜と基板とが、または基板上に形成された薄膜同士が接合による電位障壁を構成するヒートシンクを備える電力コントロール用半導体装置。
【請求項１５】
単結晶ＳｉＣからなる基板を有し、
基板の表層部と基板の表層部以外の部分とが、または基板上に形成された薄膜と基板とが、または基板上に形成された薄膜同士が接合による電位障壁を構成するヒートシンクを備える半導体装置であって、
フリップチップ型のマウントを形成し、絶縁を形成してなる電界効果型半導体装置。
【請求項１６】
単結晶ＳｉＣからなる基板を有し、
基板の表層部と基板の表層部以外の部分とが、または基板上に形成された薄膜と基板とが、または基板上に形成された薄膜同士が接合による２以上の電位障壁を構成するヒートシンク上に、
トランジスタと、サイリスタと、ダイオードと、抵抗と、コンデンサと、コイル素子とからなる群より選ばれる少なくとも２種以上の電子部品を、パッケージに封入した状態で実装し、または単体の状態で直接実装し、前記電子部品間の絶縁または導通の一部または全部において接合による電位障壁を構成してなる半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気絶縁性を有し、熱伝導率の高いヒートシンク、その製造方法およびかかるヒートシンクを備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ、電力コントロール用半導体装置または電界効果型半導体装置などでは、半導体素子の発熱により、半導体の素子機能が低下するのを避けるために、放熱体であるヒートシンクを用いる。ヒートシンクは、半導体素子に装着して、半導体素子の熱を熱伝導の作用により除去する。
【０００３】
代表的なヒートシンクには、たとえば、アルミナ基板の表面に、同時焼成などにより厚膜メタライズしたものを絶縁放熱板とし、ＣｕまたはＡｌなどの金属からなるヒートシンクを、この絶縁放熱板上にハンダ付けした後、半導体素子を搭載する面に、銅製のヒートスプレッダをハンダ付けしたものがある（特許文献１参照）。
【０００４】
また、半導体素子とヒートシンクとの熱膨張係数の差が、半導体素子に歪みをもたらし、半導体素子に対し電気特性の劣化または信頼性の低下などの悪影響を与える場合がある。このような場合には、ヒートシンク上に、半導体素子を構成する材料と比較的熱膨張係数が近い材料からなるサブマウントを配置し、その上にハンダ材料を介して半導体素子を搭載し固着する方法がある。
【０００５】
サブマウント材料としては、たとえば、ＣｕＷなどが用いられているが、近年、半導体素子の小型化、高集積化および大容量化が進み、半導体素子の単位面積当たりの発熱量が増加し、ＣｕＷなどからなるサブマウントでは、熱により誘発される半導体素子の歪みを十分に抑制することが困難となっている。かかる問題を解消するため、サブマウント材料として、熱膨張係数が小さいＳｉＣを用いる技術が紹介されている（特許文献２参照）。
【０００６】
ＳｉＣ単結晶は、熱伝導率が、４９０Ｗ／ｍＫであり、金属、セラミックスなどのほとんどの材料の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ程度であるから、ＳｉＣ単結晶は優れた熱伝導率を有している。熱伝導率が４９０Ｗ／ｍＫを凌ぐ材料としては、ダイヤモンドまたはダイヤモンド構造のｃ−ＢＮなどしかない。
【特許文献１】特開平７−３０９６８８号公報
【特許文献２】特開２００３−７８０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多くの半導体装置において、ヒートシンクには、熱良導性と電気絶縁性が要求される。単結晶ＳｉＣは、窒素（Ｎ）が添加されたｎ型半導体基板の方が、熱伝導の温度依存性が小さく、ヒートシンク材料としては好適である。さらに、絶縁性ＳｉＣと比較して、作製しやすく、安価であるというメリットもあるが、一般に導電型基板であるため、電気絶縁性の確保が必要な場合がある。
【０００８】
本発明の課題は、電気絶縁性を有し、熱伝導率の高いヒートシンクを安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のヒートシンクは、電子部品の放熱のために装着するヒートシンクであって、単結晶ＳｉＣからなる基板を有し、基板の表層部と基板の表層部以外の部分とが、または基板上に形成された薄膜と基板とが、または基板上に形成された薄膜同士が接合による電位障壁を構成することを特徴とする。
【００１０】
かかるヒートシンクは、基板上に形成された薄膜および／または基板上に電極を有する態様、接合による電位障壁を２以上有する態様、基板上に形成された薄膜が金属膜である態様、また、基板上に形成された電気絶縁膜の上に金属膜などの電極を有する態様が好ましい。さらに、第一導電型の基板上に形成された薄膜が第二導電型エピタキシャル成長膜であり、第二導電型エピタキシャル成長膜は、表層部に不純物の高濃度領域を有する態様が好ましい。また、第一導電型の基板上に形成された薄膜が、第一導電型エピタキシャル成長膜と第二導電型エピタキシャル成長膜との少なくとも１の接合、および／または、第一導電型エピタキシャル成長膜もしくは第二導電型エピタキシャル成長膜と、金属膜との少なくとも１の接合を有する態様が好ましい。一方、第一導電型の基板上に形成された薄膜が、第一導電型エピタキシャル成長膜と、第一導電型エピタキシャル成長膜上に形成された金属膜とを有する態様も好ましい。かかるヒートシンクにあっては、絶縁破壊強さが２×１０Ｖ以上であるものが好適である。
【００１１】
本発明のヒートシンクの製造方法は、単結晶ＳｉＣからなる基板を有し、基板の表層部と基板の表層部以外の部分とが接合による電位障壁を構成するヒートシンクの製造方法であって、基板の表層部が、基板への不純物の注入または拡散により形成されることを特徴とする。また、本発明のヒートシンクの製造方法の他の態様は、単結晶ＳｉＣからなる第１導電型の基板を有し、基板上に形成された薄膜と基板とが接合による電位障壁を構成し、薄膜が第二導電型エピタキシャル成長膜であり、エピタキシャル成長膜は、表層部に不純物の高濃度領域を有するヒートシンクの製造方法であって、不純物の高濃度領域が、エピタキシャル成長時における不純物の添加、またはエピタキシャル成長後の薄膜への不純物の注入もしくは拡散により形成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明のヒートシンクは、ジャンクションダウン方式の接合を形成してなる半導体レーザ、電力コントロール用半導体装置、またはフリップチップ型のマウントを形成し、絶縁を形成してなる電界効果型半導体装置用のヒートシンクとして好適である。また、本発明のヒートシンク上に、トランジスタと、サイリスタと、ダイオードと、抵抗と、コンデンサと、コイル素子とからなる群より選ばれる少なくとも２種以上の電子部品を、パッケージに封入した状態で実装し、または単体の状態で直接実装し、電子部品間の絶縁または導通の一部または全部において接合による電位障壁を構成してなる態様の半導体装置が好ましい。
【００１３】
さらに、半導体素子の実装において、熱膨張に整合させるためにサブマウントが用いられることがあるが、ＳｉＣは４．４×１０−６／℃の線膨張係数を示すため、Ｓｉの４．２×１０−６／℃およびＧａＡｓの５．５×１０−６／℃と近いため、サブマウントとして用いることができ、その場合には、サブマウント上において、絶縁または導通を制御する、接合による電位障壁を形成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電気絶縁性を有し、熱伝導率の高いヒートシンクを安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（ヒートシンク）
本発明のヒートシンクは、単結晶ＳｉＣからなる基板を有し、基板の表層部と基板の表層部以外の部分とが、または基板上に形成された薄膜と基板とが、または基板上に形成された薄膜同士が接合による電位障壁を構成することを特徴とする。単結晶ＳｉＣは、金属およびセラミックスなどに比べて高い熱伝導率を有するため、単結晶ＳｉＣ基板を用いることにより、熱伝導率の高いヒートシンクが得られ、電子部品の放熱性を高めることができる。
【００１６】
一方、単結晶ＳｉＣは、熱伝導率は高いが、製造に際して、炉、炉材、原料およびガスの純度に特別の処置を施さない限り、窒素ガスを導入しなくても、Ｎによりドーピングされている。このため、通常の条件で製造した単結晶ＳｉＣは、ｎ型半導体としての特性を示し、電気抵抗率が１×１０−２〜１×１０−４Ω・ｍであり、微電流が流れて電気絶縁性を示さない。しかし、本発明によれば、基板内または基板上に接合による電位障壁を有し、接合による電位障壁には常に接合に対して逆方向の電圧が印加されているため、電気絶縁性を示す。したがって、通常の条件で製造し、安価ではあるが電気絶縁性を示さない、単結晶ＳｉＣからなる基板を使用して、電気絶縁性を有し、熱伝導率の高い、優れたヒートシンクを安価に提供することができる。
【００１７】
本発明のヒートシンクは、接合による電位障壁の種類および厚さなどにより異なるが、放熱性に優れたヒートシンクを提供する点から、一般的には、熱伝導率が、３４０Ｗ／ｍＫ以上のものが好ましく、４００Ｗ／ｍＫ以上のものがより好ましく、４８０Ｗ／ｍＫ以上のものが特に好ましい。また、本発明のヒートシンクの電気絶縁性は、静電破壊および短絡を防止する点から、絶縁破壊強さ（破壊電圧）で、２×１０Ｖ以上が好ましく、１×１０２Ｖ以上のものがより好ましく、２×１０３Ｖ以上のものが特に好ましい。本明細書では、熱伝導率は、ＪＩＳ−Ｒ１６１１に基づき測定し、絶縁破壊強さは、ＪＩＳ−Ｋ６９１１に基づき測定する。
【００１８】
単結晶ＳｉＣ基板の主面には、結晶学的に任意の面を使用することができるが、（０００１）面が好ましく、（０００１）面に直交する面がより好ましい。これは、（０００１）面においては、面方向で物性に異方性が少なく、製造に際して、方向を意識する必要性が小さいためであり、（０００１）面に直交する面においては、マイクロパイプが存在せず、素子との密着性が向上するためである。
【００１９】
電気絶縁性を得るための接合による電位障壁は、絶縁破壊強さを高めて、静電破壊および短絡を防止する点から、基板内または基板上に構成されたｐｎ接合型ダイオードまたはショットキー型ダイオードが望ましい。また、接合による電位障壁には、常に接合に対して逆方向の電圧が印加されているが、装置の故障などにより、順方向の電圧が印加される可能性があり、その場合は電気が流れ続けるため非常に危険である。したがって、安全のため、接合による２以上の電位障壁を有している態様が望ましく、さらに、これらの接合による電位障壁が逆方向に接続されている態様が望ましい。
【００２０】
電気絶縁性を得るための接合による電位障壁は、基板の表層部を第一導電型とし、基板の表層部以外の部分を第二導電型とすることにより形成することができる。たとえば、図１に示すように、ｎ型基板１内にｐ型領域１ａを形成すると、ｐｎ接合型ダイオードを得ることができるから、オーミック電極３を形成し、ｐｎ接合型ダイオードを逆方向に接続することにより、ヒートシンクの電気絶縁性を確保できる。通常の条件で製造したＳｉＣ基板は、Ｎによりドーピングされ、ｎ型半導体の特性を有するから、かかるｎ型半導体に、イオン注入または熱などの拡散により、不純物としてアルミニウム（Ａｌ）または硼素（Ｂ）などを導入しｐ型領域を形成し、導電型を制御することができる。不純物の導入法は、ＳｉＣの熱的安定性から、イオン注入法がより好ましい。また、上の好適例では、Ｎがドーピングされたｎ型半導体を挙げているが、Ｎの代わりにリン（Ｐ）などをドーピングしてもｎ型半導体基板が得られる。
【００２１】
電気絶縁性を得るための接合による電位障壁は、基板上に形成された薄膜と基板との間で形成することができる。薄膜は、金属膜またはエピタキシャル成長膜などとすることができる。薄膜が金属膜であるときは、基板と金属膜との間でショットキー型ダイオードが得られる。たとえば、図３に示すように、ｎ型基板３１上にＮｉショットキー電極３２を形成すると、ｎ型基板３１とＮｉショットキー電極３２との間で、ショットキー型ダイオードを得ることができるから、オーミック電極３３を形成し、ショットキー型ダイオードを逆方向に接続することにより、ヒートシンクの電気絶縁性が得られる。前述のとおり、通常の条件で製造したＳｉＣ基板はｎ型半導体としての特性を示すため、ｎ型基板上に形成された金属膜とｎ型基板との接合によりショットキー型ダイオード得る態様が望ましい。金属膜は、基板の表の面に形成しても、裏の面に形成しても同様の技術的効果が得られる。金属は、Ａｌ、Ｎｉなどにより形成される。
【００２２】
薄膜がエピタキシャル成長膜であるときは、第一導電型基板と第二導電型エピタキシャル成長膜との間でｐｎ接合型ダイオードが得られる。たとえば、ｎ型基板上にｐ型エピタキシャル成長膜を形成すると、ｎ型基板とｐ型エピタキシャル成長膜との間で、ｐｎ接合型ダイオードが得られるから、ｐｎ接合型ダイオードを逆方向に接続することにより、ヒートシンクの電気絶縁性が得られる。通常の条件で製造したＳｉＣ基板はｎ型半導体としての特性を示すため、ｎ型基板上に形成されたｐ型エピタキシャル成長膜とｎ型基板との接合によりｐｎ接合型ダイオードを得る態様が望ましい。ｐ型エピタキシャル成長膜は、基板の表の面に形成しても、裏の面に形成しても同様の技術的効果が得られる。第二導電型エピタキシャル成長膜は、接合による電位障壁に効果的に電圧が印加されるようになる点で、表層部に不純物の高濃度領域を有する態様が好ましい。かかる不純物の高濃度領域は、エピタキシャル成長時における不純物の添加、またはエピタキシャル成長後のエピタキシャル成長膜への不純物の注入もしくは拡散により形成することができる。ＳｉＣ単結晶は、マイクロパイプと呼ばれる直径１０〜２０μｍの貫通欠陥を有するが、エピタキシャル成長膜を形成することにより、ＳｉＣ単結晶に特有の貫通欠陥を無くすことも可能である。
【００２３】
電気絶縁性を得るための接合による電位障壁は、第一導電型基板上に形成された薄膜が、第一導電型エピタキシャル成長膜と、その第一導電型エピタキシャル成長膜上に形成された金属膜とを有する態様においても形成することができる。たとえば、図６に示すように、ｎ型基板６１上に、ｎ型エピタキシャル成長膜６４を形成し、ｎ型エピタキシャル成長膜６４上に金属膜６２を形成した場合、ｎ型エピタキシャル成長膜６４と金属膜６２との間で、ショットキー型ダイオードが得られるから、オーミック電極６３を形成し、ショットキー型ダイオードを逆方向に接続することにより、ヒートシンクの電気絶縁性が得られる。通常のＳｉＣ基板はｎ型半導体としての特性を示すため、ｎ型基板上にｎ型エピタキシャル成長膜を形成し、ｎ型エピタキシャル成長膜上に金属膜を形成することにより、ショットキー型ダイオードを得る態様が望ましい。ｎ型エピタキシャル成長膜は、基板の表の面に形成しても、裏の面に形成しても同様の技術的効果が得られる。
【００２４】
電気絶縁性を得るための接合による電位障壁は、第一導電型基板上に形成された薄膜が、第一導電型エピタキシャル成長膜と第二導電型エピタキシャル成長膜との少なくとも１の接合、および／または、第一導電型エピタキシャル成長膜もしくは第二導電型エピタキシャル成長膜と、金属膜との少なくとも１の接合を有する態様が好ましい。電気絶縁のための接合による電位障壁が、基板上に形成された１以上のｐｎ接合型ダイオードおよび１以上のショットキー型ダイオードである態様、または、１以上のｐｎ接合型ダイオードもしくは１以上のショットキー型ダイオードである態様とし、一部のダイオードを逆方向に接続することにより、故障などで電圧の向きが変わった場合に対処できるようになる。
【００２５】
このように単結晶ＳｉＣからなる基板上に薄膜を形成し、基板と薄膜との間で、または薄膜内において、接合による電位障壁を形成することにより、電気絶縁性が得られる。したがって、基板上に形成した薄膜を電気絶縁膜として機能させることにより、熱良導性を有するＳｉＣ基板を用いて、電気絶縁性を有するヒートシンクを製造することができる。
【００２６】
本発明のヒートシンクは、単結晶ＳｉＣ基板上に形成された薄膜および基板上に、または薄膜もしくは基板上に電極を有する態様とすることができる。かかる電極に電圧を印加して、接合による電位障壁の逆方向に電圧をかけることにより、ヒートシンクの電気絶縁性が得られる。電極は、Ａｌ、Ｎｉなど、一般的な材料により形成される。
【００２７】
（半導体装置）
本発明のヒートシンクは、各種の電子装置に使用し、電子部品の放熱に利用することができるが、電気絶縁性および熱伝導率が高いという特質を生かして、大量の熱を発生する半導体素子を備える半導体装置のヒートシンクとして特に有用である。たとえば、ジャンクションダウン方式の接合を形成してなる半導体レーザ、ＣＰＵ（central processing unit）、ＭＰＵ（microprocessor unit）、ユニポーラ型の電極を形成してなる半導体、サイリスタ、ＩＧＢＴもしくはＧＴＯなどの電力コントロール用半導体装置、または、フリップチップ型のマウントを形成し、絶縁を形成してなる電界効果型半導体装置などのヒートシンクとして使用すると、顕著な効果を奏する。
【００２８】
また、本発明のヒートシンクは、トランジスタと、サイリスタと、ダイオードと、抵抗と、コンデンサと、コイル素子とからなる群より選ばれる少なくとも２種以上の電子部品を実装し、電子部品間の絶縁または導通の一部または全部において接合による電位障壁を構成してなる半導体装置に使用する態様においても有効である。これらの電子部品は、パッケージに封入した状態で実装する形態であっても、単体の状態で直接実装する形態であっても、高い放熱性を発揮するが、中でも、単体で直接実装する方が、基板の面積を小さくでき、放熱性も向上するため好ましい。さらに、本発明のヒートシンクは、サブマウント上に半導体素子を実装する態様においても有効に機能する。
【００２９】
実施例１
本実施例では、図１に示すように、単結晶ｎ型ＳｉＣ基板１の表層部に、ｐ型領域１ａを硼素（Ｂ）の熱拡散により形成し、基板１の表層部以外の部分と表層部との間でｐｎ接合型ダイオードを構成し、さらに、両面にＮｉによりオーミック電極３を形成し、ｐｎ接合型ダイオードを有するヒートシンクを製造した。まず、単結晶ＳｉＣ基板を、図２に示すように、種結晶を用いて昇華再結晶を行なう改良レイリー法により作成した。種結晶として、成長面方位が（０００１）方向である六方晶型の６Ｈ−ＳｉＣ単結晶からなる基板２１を用意し、基板２１を黒鉛製るつぼの蓋２４の内面に取り付けた。また、黒鉛製るつぼ２３の内部には、原料２２となる高純度の立方晶型ＳｉＣ粉末（ＪＩＳ粒度＃２５０）を充填した。
【００３０】
つぎに、原料２２を充填した黒鉛製るつぼ２３を、基板２１を取り付けた蓋２４で閉じ、黒鉛製の支持棒２６により二重石英管２８の内部に設置し、黒鉛製るつぼ２３の周囲を黒鈴製の熱シールド２７で被覆した。雰囲気ガスとして、アルゴンガス（Ａｒガス）を、ステンレス製チャンバ２０の枝管２０ａから二重石英管２８の内部へ流した（Ａｒガスの流量１リットル／分）。つづいて、ワークコイル２９に高周波電流を流し、高周波電流を調節することで、原料２２の温度が２３００℃で、種結晶である基板２１の温度が２２００℃になるように調節した。
【００３１】
つぎに、Ａｒガスの流量を調節するとともに、真空ポンプ２５を用いて二重石英管２８の内部を減圧した。減圧は、大気圧から１３Ｐａまで２０分かけて徐々に行ない、１３Ｐａの真空度で５時間保持することにより、厚さ１０ｍｍのＳｉＣ単結晶基板を得た。得られたＳｉＣ単結晶基板から、厚さ３ｍｍ、口径５０ｍｍ、結晶面方位は特性の変動を抑えるために（０００１）面が主面となるように切り出し、研磨加工を行なって平坦面を形成した。平坦面の面精度は、平均二乗粗さで１５ｎｍであり、電気抵抗率は、１×１０−４Ω・ｍである単結晶ｎ型ＳｉＣ基板を得た。
【００３２】
つぎに、図１に示すように、Ａｌのイオン注入により、基板１内に、ｐ型領域１ａを形成し、電極材料としてＮｉを蒸着し、Ａｒガス雰囲気中、１０００℃で１０分間アニール処理をすることにより、オーミック電極３を形成し、本発明のヒートシンクを得た。得られたヒートシンクの熱伝導率は４８０Ｗ／ｍＫであり、ほぼＳｉＣ単結晶と同じ値を示した。また、絶縁破壊強さは２×１０Ｖであった。
【００３３】
実施例２
本実施例では、図３に示すように、単結晶ｎ型ＳｉＣ基板３１の裏の面に、Ｎｉからなるオーミック電極３３を形成した後、ＳｉＣ基板３１の表の面に、Ｎｉからなるショットキー電極３２を形成し、基板３１と電極３２との間にショットキー型ダイオードを有するヒートシンクを製造した。まず、実施例１で切り出し、研磨加工を施した単結晶ＳｉＣ基板の裏の面にＮｉを蒸着し、Ａｒガス雰囲気中、１０００℃で１０分間アニール処理をすることにより、オーミック電極を形成した。さらに、基板の表の面にＮｉを蒸着し、ショットキー電極を形成した。得られたヒートシンクの熱伝導率は４８０Ｗ／ｍＫであり、絶縁破壊強さは３×１０Ｖであった。
【００３４】
実施例３
本実施例では、単結晶ＳｉＣ基板上に形成された薄膜と基板とが接合による電位障壁を構成する本発明のヒートシンクを半導体レーザに応用した。半導体レーザにおけるヒートシンクの接合は、半導体素子のｐ型側をヒートシンクに接合するジャンクションダウン方式で行なった。まず、実施例２において製造したショットキー型ダイオードを有するヒートシンク、すなわち、図４に示すように、単結晶ｎ型ＳｉＣ基板４１上に、ショットキー電極４２とオーミック電極４３を形成したヒートシンクを用い、Ｎｉからなるショットキー電極４２上にＡｕを蒸着した後、１５０ｍＷの高出力ＧａＡｌＡｓレーザ素子４６を、Ａｕ・Ｓｎロウで接合した。レーザ素子４６は０．２ｍｍ角とし、ヒートシンクは１ｍｍ角とした。また、レーザ素子４６のｎ極から、ワイヤ４０でヒートシンクのオーミック電極４３に接続し、ｐ極はヒートシンクの表面からワイヤ４５でリードピン４７に接続した。３分間のレーザ光照射後のレーザ素子４６の温度は４０℃であった。
【００３５】
比較例１
実施例３における、本発明のヒートシンクの代わりに、ＡｌＮの焼結体からなるヒートシンクを用いた以外は実施例３と同様にしてレーザ光の照射を行なった。３分間のレーザ光照射後、レーザ素子の温度は６５℃となった。したがって、実施例３と比較して、明らかに放熱が不十分であり、その後も蓄熱が進行していった。
【００３６】
実施例４
本実施例では、図５に示すように、単結晶ｎ型ＳｉＣ基板５１上に、ＣＶＤ法によりｐ型エピタキシャル成長膜５４ａと、その上にｐ型エピタキシャル成長膜５４ａより不純物濃度が高いｐ型エピタキシャル成長膜５４ｂを形成し、エピタキシャル成長膜５４の形成後、両面にＮｉからなるオーミック電極５３を形成したｐｎ接合型ダイオードを有するヒートシンクを製造した。まず、実施例１で切り出し、研磨加工を施した単結晶ＳｉＣ基板の表の面に、ＣＶＤ法によりｐ型エピタキシャル成長膜５４ａ（不純物であるＡｌの濃度１×１０−１７ｃｍ−３、膜厚２μｍ）を形成した後、ｐ型エピタキシャル成長膜５４ａより不純物濃度が高いｐ型エピタキシャル成長膜５４ｂ（不純物であるＡｌの濃度５×１０−１８ｃｍ−３、膜厚０．５μｍ）を形成した。つぎに、両面にＮｉを蒸着し、Ａｒガスの雰囲気中、１０００℃で１０分間アニール処理をすることにより、オーミック電極５３を形成した。得られたヒートシンクの熱伝導率は４８０Ｗ／ｍＫであり、絶縁破壊強さは３×１０２Ｖであった。
【００３７】
実施例５
本実施例では、図６に示すように、単結晶ｎ型ＳｉＣ基板６１上に、ＣＶＤ法によりｎ型エピタキシャル成長膜６４を形成した後、裏の面にＮｉからなるオーミック電極６３を形成し、また表の面にＮｉからなるショットキー電極６２を形成し、ｎ型エピタキシャル成長膜６４と電極６２との間にショットキー型ダイオードを有するヒートシンクを製造した。まず、実施例１で切り出し、研磨加工を施した単結晶ＳｉＣ基板の表面に、ＣＶＤ法によりｎ型エピタキシャル成長膜６４（不純物であるＮの濃度１×１０−１７ｃｍ−３、膜厚２μｍ）を形成した後、基板の裏の面にＮｉを蒸着した後、Ａｒガスの雰囲気中、１０００℃で１０分間アニール処理をすることにより、オーミック電極６３を形成した。さらに、基板の表の面にＮｉを蒸著し、ショットキー電極６２を形成した。得られたヒートシンクの熱伝導率は４８０Ｗ／ｍＫであり、絶縁破壊強さは３×１０２Ｖであった。
【００３８】
実施例６
本実施例では、実施例２で製造したショットキー型ダイオードを有するヒートシンクに、複数の電子部品を実装し、発振周波数５０ＫＨｚ、３０Ｗの発振回路を作成した応用例について説明する。発振回路のＭＯＳ・ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）、共振バラストコンデンサ、共振バラストコイルおよび電源整流用のダイオードのみをＳｉＣ基板上に実装し、その他のゲート回路および保護回路はアルミナ基板上に別途搭載した。図７は本実施例の模式図であるが、ｎ型基板７１はアースとして接地されており、ブリッジダイオード７５および負荷７９はショットキー電極を通じて負極に接続されている。なお、アースに接地するための電極はオーミックであってもよい。
【００３９】
ブリッジダイオード７５の陽極はショットキー電極７２によりｎ型基板７１より絶縁され、ＭＯＳ・ＦＥＴ７６のドレインに接続されている。ＭＯＳ・ＦＥＴ７６のゲート信号７６ａは、アルミナ上に作成された駆動回路より供給している。ＭＯＳ・ＦＥＴ７６のソース側に発生した高周波は、ｎ型基板７１にイオン注入により形成したｐ型領域７４と、さらにイオン打ち込みにより形成したｎ型膜、およびショットキー電極７２により絶縁されている。共振バラストコイル７７およびコンデンサ７８での出力は、それぞれｐ型領域７４およびｎ型領域を形成して相互に絶縁を図った。本実施例では、交流電源７５ａに商用１００Ｖを使用した。本実施例において形成した回路を１０分間動作した後のＭＯＳ・ＦＥＴの温度は４０℃であった。
【００４０】
なお、本実施例においては、実施例２の方法により絶縁または導通を形成したが、実施例３から６のいずれかの方法により絶縁もしくは導通を形成した場合も同様である。エピタキシャル成長法によりｎ型基板上にｐ型層を積層し、さらにｎ型層を積層して、必要な部分についてドライエッチングを施したものでは、設計およびプロセスが一層容易になり、絶縁性も向上するために好ましい。図７では、各電子部品はパッケージに封入されたものを用いるように示されているが、単体を直接実装する方が、基板の面積を縮小でき、放熱性も向上するため好ましい。また、本実施例では電力制御型の発振回路を作成したが、信号制御用の増幅回路に使用することも可能である。なお、本実施例のようにｎ型基板７１を使用すると、基板を接地することができるため好ましいが、ｐ型基板を用いても同様の回路を作成することが可能である。
【００４１】
比較例２
アルミナ基板上に、実施例６において作成したものと同一の回路を形成した。電極材料には、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）を使用した。アルミナは絶縁性が高いので、素子分離の必要は無い。この比較例において形成した回路を５分間動作した後のＭＯＳ・ＦＥＴの温度は９０℃となった。
【００４２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のヒートシンクは、各種の電子部品の放熱に使用することができるが、電気絶縁性および熱伝導率が高いため、大量の熱を発生する半導体素子を備える半導体装置のヒートシンクとして特に有用である。また、本発明のヒートシンクは、サブマウント上に半導体素子を実装する態様においても有効に機能する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のヒートシンク（実施例１）の構造を示す断面図である。
【図２】本発明のヒートシンク用ＳｉＣ単結晶基板の製造装置を示す模式図である。
【図３】本発明のヒートシンク（実施例２）の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の半導体レーザ（実施例３）の実装構造を示す模式図である。
【図５】本発明のヒートシンク（実施例４）の構造を示す断面図である。
【図６】本発明のヒートシンク（実施例５）の構造を示す断面図である。
【図７】本発明のヒートシンクに複数の電子部品を実装し、回路を形成した状態（実施例６）を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  基板、１ａ  ｐ型領域、３  オーミック電極。
【図１】
2005129710.tif 000003
【図２】
2005129710.tif 000004
【図３】
2005129710.tif 000005
【図４】
2005129710.tif 000006
【図５】
2005129710.tif 000007
【図６】
2005129710.tif 000008
【図７】
2005129710.tif 000009